Узлы трения запорных клапанов ТЭС работают при малых скоростях перемещения, высоких контактных давлениях и повышенных температурах. Для данных устройств характерна проблема потерь на трение, что влияет на ресурс клапанов, усилие при позиционировании при помощи маховика или потребляемая мощность электропривода.

Пластичные смазки при решении данной проблемы неэффективны, так как при рабочих температурах до +250 °C эти материалы окисляются и испаряются. Причем это характерно для любых материалов, даже на основе перфторполиэфирных базовых масел.

Решаемая задача

Запорные клапаны серии С.КЗ используются на ТЭЦ, ТЭС и ГРЭС в качестве управляемых запорных органов для пропуска или перекрытия расхода рабочей среды. Эти клапаны оснащены маховиком для ручного управления или встроенным электроприводом. Их производством занимается ЗАО «Фирма «Союз-01».


Запорный клапан серии С.КЗ


Наибольшие потери на трение в этих устройствах происходят:

  • В резьбах штока и резьбовой втулки

  • В гладкой цилиндрической поверхности штока и уплотнительных элементах

  • В упорном подшипнике скольжения


Учитывая условия работы клапана для решения подобных задач наиболее эффективным решением будет применение технологии твердой смазки. Твердые смазочные материалы могут работать при высоких температурах до +600 °C, нагрузках до 2500 МПа, а также обладают низким коэффициентом трения до 0,03 при скорости скольжения до 0,5 м/с.

Данная технология основана на антифрикционных твердосмазочных покрытиях (АТСП), которые наносятся на поверхности деталей.

Что такое АТСП?


Схема структуры АТСП


Антифрикционные твердосмазочные покрытия образуют на поврехностях деталей композиционный сухой тонкий слой, толщина которого составляет от 5 до 20 мкм. Он представляет собой полимерную матрицу, внутри которой равномерно распределены мельчайшие частицы твердых смазок. Само покрытие обладает высоким сопротивлением сжатию и малым сопротивлением на сдвиг – коэффициент сухого трения достигает значений в несколько сотых при контактных давлениях, которые соизмеримы с пределом текучести материала основы.


Фото структуры АТСП при увеличении 500х

Подбор АТСП

Российская компания «Моделирование и инжиниринг» разработала более 16 видов антифрикционных твердосмазочных покрытий для решения триботехнических задач различной сложности. Основу таких материалов составляет связующее вещество и твердая смазка. Эти компоненты могут сочетаться в различных комбинациях.

В качестве связующего может выступать полиуретан, полибутилтитанат и различные смолы: полиамид-имидная, акриловая, кремнийорганическая, модифицированная эпоксидная и стирольная смолы. Дисульфид молибдена, сульфид цинка, фториды кальция и бария, дисульфид вольфрама, политетрафторэтилен (ПТФЭ), нитрид бора и поляризованный графит – все это твердые смазки, используемые в АТСП.

Применение технологии антифрикционных твердых смазочных покрытий позволяет создавать узлы трения, которые не требуют обслуживания, благодаря чему можно полностью отказаться от использования традиционных смазочных материалов. АТСП наносятся однократно и обеспечивают ресурс деталей на весь срок эксплуатации, обеспечивая необходимую защиту и смазывание поверхностей.


Покрытие MODENGY 1001


Для деталей запорного клапана С.КЗ было предложено использовать антифрикционные твердосмазочные покрытия MODENGY 1001 на основе дисульфида молибдена с графитом и MODENGY 1004 на основе дисульфида молибдена. Оба материала обладают низким коэффициентом трения 0,03. Несущая способность покрытий составляет 12500 Н и 16000 Н соответственно, а износостойкость – 400 и 50 тысяч циклов. Диапазон рабочих температур MODENGY 1001 составляет от -180 до +450 °C, а у MODENGY 1004 – от -200 до +430 °C.


1004


Покрытия наносятся на предварительно очищенную и обезжиренную поверхность методом распыления. Спустя 5 минут они высыхают на отлип, и детали можно транспортировать без риска повредить защитный слой. Полная полимеризация покрытий происходит после выдержки материала при определенной температуре требуемое время. Эти условия зависят от конкретной марки материала.

MODENGY 1001 уже широко применяется в арматуростроении благодаря высокой износостойкости и способности отверждаться при комнатной температуре в течение 3 часов. Если требуется более высокая степень защиты от коррозии, оптимальным выбором будет использование MODENGY 1004, которое не только смазывает, но и обеспечивает высокий уровень антикоррозионных свойств. Данный материал отверждается при нагреве до +200 °C в течение 30 минут.

Результаты испытаний покрытия

На нижеследующем изображении показаны детали запорного клапана с антифрикционным покрытием MODENGY 1004. Благодаря дисульфиду молибдена данный материал имеет серо-черный цвет.


Детали клапана С.КЗ с антифрикционным покрытием MODENGY 1004


Ниже показана диаграмма с моментами открытия и закрытия клапана на штатной смазке и с покрытием. Испытания проводились непосредственно на производстве. Из графика видно, что момент стабилизировался и уменьшился до 5 раз. В этом и состоит одна из особенностей твердой смазки – обеспечение стабильного и низкого трения в различных условиях эксплуатации.


Моменты открытия и закрытия клапана на штатной смазке и с АТСП


Обычные пластичные смазки в некоторых условиях эксплуатации не могут обеспечить нормального функционирования трубопроводной арматуры. В этом случае наиболее эффективным решением является применение антифрикционных твердосмазочных покрытий, которые обладают необходимым набором защитных и триботехнических свойств.